核電站延壽：AI時代新選項
數據中心用電需求的激增，讓科技巨頭們轉向押寶核電技術。微軟公司與美國最大清潔能源供應商星座能源公司（ConstellationEnergy）達成重大合作協議，計劃重啓位於賓夕法尼亞州的三哩島核電站，爲微軟日益擴大的人工智能需求提供必要的電力支持。微軟承諾在20年內購买其產生的所有電力。根據協議，星座能源公司將重啓三哩島核電站的未受損反應堆，並將所產生的電力出售給微軟。該反應堆在2019年因運行成本過高而關閉，星座能源公司預計於2028年初前後投資約16億美元，以完成重啓工作。
在歐美地區，像三哩島核電站這樣一直希望延長生命的核電站還有很多。工業擴張以及交通運輸和其他部門的電氣化，世界能源需求正在增加。煤電等化石燃料正在逐步淘汰，核電仍然是少數能夠提供持續高輸出電力的可靠能源之一，因此重新受到關注。
據統計，世界上400余台核電機組中大部分20上世紀70年代後陸續建成的，除少數三代核電廠設計壽命爲60年以外，大部分爲二代或二代改進型，設計壽命一般爲40年，也有少數機組比如我國秦山核電廠1號機組作爲原型堆出於保守考慮定爲30年。
這些機組現在已接近其預計壽命或原始許可期限的終點。截至2023年，美國反應堆的平均使用年限已經達到42年，歐洲近90%的反應堆已使用30年或更長時間。
核電廠老化管理和長周期運行，是世界核電行業普遍關注的重要課題。延長核電站運行壽命可以繼續利用核能的優勢，提供可靠的電力供應。此外，美國和歐洲的新核電廠建設項目在時間和預算上出現了巨大超支，間接提升了核電延壽的吸引力。
01
現實需求
在美國，核管理委員會(NRC)爲核反應堆頒發了40年的運行壽命許可。但核電站的運行時間肯定可以更長。40年的期限並非爲核電站的壽命劃定終點。40年是美國電力企業大規模投資貸款通常的償還期限，並不是基於安全、技術或環境等問題的考慮。根據美國1954年的原子能法，核電廠可更新其運行執照。按照美國相關法律法規要求，對核電站審查合格後的執照更新一次性批准20年。
NRC已將大部分現有美國核電站的運行執照延長20年，將其壽命延長至60年。現在，一些運營商正在申請第二次延期。
今年年初，美國蒙蒂塞洛核電廠獲准二次延壽。NRC發布聲明稱，該機構已批准XcelEnergy旗下蒙蒂塞洛核電廠的二次延壽申請。蒙蒂塞洛爲單機組電廠，總裝機容量691MWe，本次延壽20年，可運行至2050年9月。
該電廠初始運行許可證於1981年9月籤發，2006年11月首次延壽20年。截至目前，包括蒙蒂塞洛在內，美國已有9台核電機組獲准二次延壽，總壽期達80年。
NRC正在對其他6份二次延壽申請進行審查。
核電業主之所以希望能將核電機組進行延壽，經濟性考量是最主要的原因。通過延壽，使核電站再運行20年至30年，相當於再建一座同等規模的核電站，所花費用卻少得多。此外建造一座新核電站是一項耗時的工作，通常需要十年或更長時間才能完成。相比之下，升級和延長現有反應堆的使用壽命只需花費一小部分成本。
許多核電站最初設計運行時間爲40年，但通過適當的維護和技術升級，其使用壽命通常可以延長到60年甚至80年。這使得延壽成爲更有吸引力的替代方案。
真正限制核電站壽命的部件很少。水冷系統和支持基礎設施中的泵、閥門和熱交換器等設備，都可以維護、維修或更換。隨着技術的進步，它們甚至可能得到升級，以幫助核電站更高效地發電。麻省理工學院核工程教授雅各布·布翁焦爾諾(JacopoBuongiorno)表示，兩個主要部件決定了核電站的壽命——反應堆壓力容器和安全殼結構。
反應堆壓力容器是核電站的核心，容納反應堆堆芯以及相關的冷卻系統。該結構必須使反應堆堆芯保持高溫高壓，且不發生泄漏。安全殼結構是核反應堆周圍的外殼，用於在緊急情況下將任何放射性物質封閉在容器內。這兩個部件對於核電站的安全運行至關重要，而且通常更換成本過高或難度過大。監管機構在審查延長核電站壽命的申請時，最關注的是這些部件的狀況和壽命。
國家核安全局原局長趙成昆認爲，制約或極大程度地影響核電廠壽命的關鍵設備和部件是反應堆壓力容器、堆內構件、穩壓器、蒸汽發生器、反應堆冷卻劑泵泵殼、主管道等靜止部件，以及安全殼等主要構築物。特別是反應堆壓力容器、安全殼，屬於不可更換設備或構築物。必須對核電廠中的部件進行機組延續運行期間的安全評估，包括老化部件壽命評估和更爲精確的時限老化分析。
根據國際原子能機構（IAEA）的一份報告，將全球核電機組的使用壽命延長10年，將在未來幾十年爲電網增加26000太瓦時的低碳電力。這大約相當於全球一年的電力需求。這有助於在全球擴大低碳電力容量的同時減少排放。
去年底，歐盟委員會批准了一項比利時支持措施，用於延長比利時兩座核反應堆——杜埃爾4號和蒂漢格3號的服役期限。根據2003年的核能逐步淘汰法，比利時所有七座核反應堆必須在2025年前關閉。然而，2022年3月，出於對能源供應安全的擔憂，比利時聯邦政府決定將其兩座最新的核電站再運行10年。
2024年6月，比利時向歐盟委員會通報了其支持此次服役期限延長的計劃。
越來越多的國家已經接受了延長核反應堆使用壽命的想法。除了美國外，嚴重依賴核能的法國也在投資升級反應堆，以保持能源供應穩定。盡管福島核事故後日本最初持懷疑態度，但該國已恢復了幾座老反應堆的運行。
在我國，最早的核電機組秦山核電廠1號機組運行許可證在2021年獲准延續，有效期延續至2041年7月30日。秦山核電1號機組是我國第一座自行設計、建造和運行管理的30萬千瓦級壓水堆核電機組，1991年12月15日首次成功並網，初始設計壽命30年。秦山延壽的成功是中國核能行業一方面借鑑了國際上大量成功實施的經驗，另一方面通過大量的前期准備工作、國內外廣泛的技術交流掌握了开展運行許可證有效期延續所必需的關鍵技術和能力，爲後續國內其他核電站及國際同類電廠开展此項工作打下了堅實的技術基礎。
延長現有反應堆的壽命可以爲不斷增長的電力需求提供經濟有效且立竿見影的解決方案，同時減少對化石燃料的依賴。與此同時，恢復舊核反應堆帶來了挑战。
必須謹慎解決安全問題、監管障礙和核廢料管理問題，以確保長期可持續性。
02
恢復挑战
相較於新建，核電延壽是經濟性的選擇。但是對於核電站而言，安全才是生命线。只有達到安全要求，核電站才能延長或者重新取得運行執照。
核電延壽除了可能帶來的安全風險外，監管障礙和財務問題也是其挑战。升級舊反應堆可以提高其可靠性，但事實是這些設施是幾十年前使用現在被認爲過時的技術建造的。反應堆容器和混凝土結構等部件會隨着時間的推移而退化。如果維護不當，就會增加發生事故的風險。老化的反應堆需要進行廣泛的檢查和安全改造才能達到現代標准，核電廠老化管理和監管體系建立已成爲迫切需求。
核電設施壽命長，部件更換頻率低，訂單數量相對較少，使得供應商不得不權衡是否有必要保持昂貴的核電認證。這將導致合格供應商較少，成本更高。因此，運營商需要評估和保障消耗性部件在整個運營壽期內均能有效供應。
並非所有的核電機組都可以延壽。由於石墨組件壽命有限且無法替換，英國先進氣冷堆（AGR）將在未來10年內全部關停，平均運行壽期爲40至50年。日益老化的石墨裝置降低了機組運行性能，並將其壽命限制在45年左右。
但這類技術只佔世界核電廠的小部分，大多核電機組數均採用壓水堆（PWR）、沸水堆（BWR）和加壓重水堆（PHWR）技術，沒有壽命方面的特殊限制。
目前國際上主流的核電廠延續運行監管策略除了美國的執照更新（LR）外，另一個就是國際原子能機構的長期運行（LTO）。前者在機組40年的運行執照到期前，通過遞交申請以證明機組延續運行的安全性，從而使運行執照得以更新並延長20年；後者則以每10年一次的定期安全審查（PSR）爲基礎，評判是否批准機組在下一個10年繼續運行。
IAEA圍繞核電站延壽，制定了一系列涵蓋技術、安全等多維度的規定。在技術層面，IAEA強調對核電廠設備老化狀態評估的嚴謹性。由於核電站長期運行，像管道腐蝕、電纜老化、混凝土結構劣化等設備老化問題頻發。對此，IAEA要求在延壽申請階段，核電廠運營方必須开展全面且深入的設備老化分析工作。通過定期的在役檢查、先進的無損檢測技術等手段，精准掌握設備的實際狀況，評估老化對設備性能及安全性的影響程度。
我國秦山核電站的延壽制定了適合自身的運行許可證有效期限延續（OLE）技術體系，既包含了美國執照更新（LR）考慮的所有要素，又增加了IAEA關於PSR的要求，全面覆蓋了國際主流核電廠延續運行的安全要素。
除了秦山核電站外，大亞灣1、2號機組1994年投入商運以來，始終保持較好的運行狀態，距初始設計壽命40年還有約10年時間。據悉，中廣核正在進行大亞灣核電站兩台機組延壽相關材料及准備工作。秦山核電站也爲其提供了可供參考的中國經驗。
隨着能源轉型的加速，延長核反應堆的壽命可能是一個臨時的過渡，直到更先進的核技術或可再生能源解決方案得到廣泛應用。這一战略是否被證明是一個持久的解決方案或僅僅是一個短期的解決方案，將取決於未來幾年的技術進步、政策決策和公衆接受度。數字化、增材制造、機器人技術、人工智能、自動化和先進核燃料等新技術在其間，將發揮關鍵作用。
標題：核電站延壽：AI時代新選項
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